1、微機(jī)原理微機(jī)原理及應(yīng)用及應(yīng)用-B -B黃 瑞蘭州理工大學(xué)蘭州理工大學(xué)電信工程學(xué)院電信工程學(xué)院運(yùn)算器運(yùn)算器存儲器存儲器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備CPU性能性能每每18個月增加一倍個月增加一倍晶體管數(shù)目每兩年增加一倍晶體管數(shù)目每兩年增加一倍后面是什么?Itanium733/800MHzIA-64架構(gòu)McKinleyIA-64架構(gòu)MadisonIA-64架構(gòu)DeerfieldIA-64架構(gòu)Pentium Pentium MMXPentium Pro80486DX280386DX802868086摩爾定律 晶體管數(shù)目每兩年增加一倍摩爾定律 CPU性能每18個月增加一倍 運(yùn) 算 器存

2、儲 器輸 出 設(shè) 備輸 入 設(shè) 備控 制 器程 序 和原 始 數(shù) 據(jù)計 算 結(jié) 果1.2.1 1.2.1 計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)硬件微計算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過程I/O通道軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計語言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫機(jī)器語言匯編語言高級語言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序微處理器CPU存儲器RAM接口電路時鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線 微處理器是微型計算機(jī)的核心，它的性能決定了整個微型微處理器是微型計算機(jī)的核心，它的性能決定了整個微型機(jī)的各項關(guān)鍵指標(biāo)。機(jī)的各項關(guān)鍵指標(biāo)。 （1 1）

3、地址總線）地址總線ABAB（Address BusAddress Bus） CPU CPU的控制總線按照傳輸方向分為兩種，一種是由的控制總線按照傳輸方向分為兩種，一種是由CPUCPU發(fā)出發(fā)出的控制信號，用以對其他部件的讀控制、寫控制等，另一種則的控制信號，用以對其他部件的讀控制、寫控制等，另一種則是其他部件發(fā)向是其他部件發(fā)向CPUCPU的，反過來實現(xiàn)對的，反過來實現(xiàn)對CPUCPU的控制，在兩種方向的控制，在兩種方向的控制信號中前者多于后者。的控制信號中前者多于后者。 其中，其中，m m為浮點數(shù)的尾數(shù)，是一個純小數(shù)，為浮點數(shù)的尾數(shù)，是一個純小數(shù)，e e是比例因是比例因子的指數(shù)，稱為浮點數(shù)的指數(shù)，

4、是一個純整數(shù)，比例因子子的指數(shù)，稱為浮點數(shù)的指數(shù)，是一個純整數(shù)，比例因子的基數(shù)的基數(shù)R R是一個常數(shù)，一般是一個常數(shù)，一般R R取值為取值為2 2，也有取值為，也有取值為8 8、1616兩兩種情況。種情況。 32 32位浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)格式如下：位浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)格式如下： 它與它與3232位浮點數(shù)的組成原理相同，約定基數(shù)位浮點數(shù)的組成原理相同，約定基數(shù)R=2R=2，尾，尾數(shù)符號位數(shù)符號位S S占一位，置于最高位，規(guī)格化的尾數(shù)占一位，置于最高位，規(guī)格化的尾數(shù)M M占占5252位，位，最左邊一位最左邊一位1 1已被隱藏。已被隱藏。真值真值：機(jī)器數(shù)所能表示的值。：機(jī)器數(shù)所能表示的值。 在微機(jī)中，機(jī)器數(shù)有三種表

5、示方法，即原碼、在微機(jī)中，機(jī)器數(shù)有三種表示方法，即原碼、反碼與補(bǔ)碼反碼與補(bǔ)碼 采用原碼表示法簡單易懂，但它采用原碼表示法簡單易懂，但它最大缺點是加法運(yùn)算電路復(fù)雜，不容最大缺點是加法運(yùn)算電路復(fù)雜，不容易實現(xiàn)。易實現(xiàn)。例例 若字長若字長8 8位，位，X=126X=126，Y=-126,Y=-126,求求 XX原原， XX反反，XX補(bǔ)補(bǔ)和和YY原原，YY反反，YY補(bǔ)補(bǔ)。 解：解： XX原原=X=X反反=X=X補(bǔ)補(bǔ)=01111110=01111110 Y Y原原=11111110=11111110 Y Y反反=10000001=10000001 Y Y補(bǔ)補(bǔ)=10000010=10000010 例例 計

6、算計算 64+6564+65 D D7 7D D6 6 0 1 0 0 0 0 0 0 + 64 0 1 0 0 0 0 0 0 + 64 + 0 1 0 0 0 0 0 1 + 65 + 0 1 0 0 0 0 0 1 + 65 1 0 0 0 0 0 0 1 + 129+127 1 0 0 0 0 0 0 1 + 129+127， 結(jié)果錯誤，產(chǎn)生了結(jié)果錯誤，產(chǎn)生了溢出溢出 兩個正數(shù)相加，結(jié)果為負(fù)數(shù)形式，這兩個正數(shù)相加，結(jié)果為負(fù)數(shù)形式，這是由于是由于+129+127+129+127的原因，從上式可看出的原因，從上式可看出D D7 7=1=1，D D6 6=0=0，OF=DOF=D7 7 D

7、D6 6=1=1 0=10=1，溢出標(biāo)，溢出標(biāo)志志OF=1OF=1，表示有溢出。，表示有溢出。 例例 計算計算-128-1-128-1 D D7 7D D6 6 -128 -128補(bǔ)補(bǔ) = 1 0 0 0 0 0 0 0 = 1 0 0 0 0 0 0 0 + -1 + -1補(bǔ)補(bǔ) = 1 1 1 1 1 1 1 1 = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 兩個負(fù)數(shù)相加，結(jié)果為正數(shù)形式，這兩個負(fù)數(shù)相加，結(jié)果為正數(shù)形式，這是由于是由于-128-1=-129-128-128-1=-129-128的原因，從上式的原因，從上式可看出可看

8、出D D7 7=0=0，D D6 6=1=1，OF=DOF=D7 7 D D6 6=0=0 1=11=1，表，表示有溢出。示有溢出。 例例 計算計算64-164-1 D D7 7D D6 6 +64 +64補(bǔ)補(bǔ)=0 1 0 0 0 0 0 0 =0 1 0 0 0 0 0 0 + -1 + -1補(bǔ)補(bǔ)= 1 1 1 1 1 1 1 1 = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 運(yùn)算結(jié)果正確。運(yùn)算結(jié)果正確。D D7 7=0=0，D D6 6=0=0， 則則OF=DOF=D7 7 D D6 6=0=0 0=00=0，無溢出。，無溢出。

9、 BCDBCD（Binary-Coded DecimalBinary-Coded Decimal）碼又稱為）碼又稱為“二二十進(jìn)制編十進(jìn)制編碼碼”，專門解決用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)數(shù)的問題。最常用的是專門解決用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)數(shù)的問題。最常用的是84218421編碼，其方法是用編碼，其方法是用4 4位二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示1 1位十進(jìn)制數(shù)，自左位十進(jìn)制數(shù)，自左至右每一位對應(yīng)的位權(quán)是至右每一位對應(yīng)的位權(quán)是8 8、4 4、2 2、1 1。1 1壓縮壓縮BCDBCD碼碼 每一位數(shù)采用每一位數(shù)采用4 4位二進(jìn)制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示位二進(jìn)制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示2 2位位十進(jìn)制數(shù)。例如：二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制

10、數(shù)。例如：二進(jìn)制數(shù)10001001B10001001B，采用壓縮，采用壓縮BCDBCD碼表示碼表示為十進(jìn)制數(shù)為十進(jìn)制數(shù)89D89D。2 2非壓縮非壓縮BCDBCD碼碼 每一位數(shù)采用每一位數(shù)采用8 8位二進(jìn)制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示位二進(jìn)制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示1 1位位十進(jìn)制數(shù)。而且只用每個字節(jié)的低十進(jìn)制數(shù)。而且只用每個字節(jié)的低4 4位來表示位來表示0 09 9，高，高4 4位為位為0 0。例如：十進(jìn)制數(shù)例如：十進(jìn)制數(shù)89D89D，采用非壓縮，采用非壓縮BCDBCD碼表示為二進(jìn)制數(shù)是：碼表示為二進(jìn)制數(shù)是： 00001000 00001001B 00001000 00001001B 12812

11、8個個ASCASC字符中有字符中有9595個編碼，它個編碼，它們分別對應(yīng)計算機(jī)中在輸入們分別對應(yīng)計算機(jī)中在輸入/ /輸出終端設(shè)輸出終端設(shè)備上能鍵入和輸出顯示以及輸出打印的備上能鍵入和輸出顯示以及輸出打印的9595個字符，包括大小寫英文字母，其余個字符，包括大小寫英文字母，其余3333個編碼，其編碼值為個編碼，其編碼值為0 0 3131和和127127，則，則不對應(yīng)任何顯示與打印實際字符，它們不對應(yīng)任何顯示與打印實際字符，它們被用作為控制碼，控制計算機(jī)被用作為控制碼，控制計算機(jī)I/OI/O設(shè)備的設(shè)備的操作以及計算機(jī)軟件的執(zhí)行情況。操作以及計算機(jī)軟件的執(zhí)行情況。 通常，計算機(jī)中的數(shù)據(jù)分為兩類：通常

12、，計算機(jī)中的數(shù)據(jù)分為兩類： （1 1）數(shù)：用來直接表示量的多少，有大小之分，能夠進(jìn)行加減）數(shù)：用來直接表示量的多少，有大小之分，能夠進(jìn)行加減等運(yùn)算。等運(yùn)算。 （2 2）碼：通常指代碼或編碼，在計算機(jī)中用來描述某種信息。）碼：通常指代碼或編碼，在計算機(jī)中用來描述某種信息。 1. 1. 數(shù)制的基本概念數(shù)制的基本概念 (1) (1) 數(shù)的表示數(shù)的表示 任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和。任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和。 N Nd dn n1 1b bn n1 1d dn n2 2b bn n2 2d dn n3 3b bn n3 3ddm mb bm m 式中

13、：式中：nn整數(shù)的總位數(shù)。整數(shù)的總位數(shù)。 mm小數(shù)的總位數(shù)。小數(shù)的總位數(shù)。 d d下標(biāo)下標(biāo)表示該位的數(shù)碼。表示該位的數(shù)碼。 bb表示進(jìn)位制的基數(shù)。表示進(jìn)位制的基數(shù)。 b b上標(biāo)上標(biāo)表示該位的位權(quán)。表示該位的位權(quán)。 計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換(2) (2) 計算機(jī)中常用的進(jìn)位計數(shù)制計算機(jī)中常用的進(jìn)位計數(shù)制 計數(shù)制計數(shù)制 基數(shù)基數(shù) 數(shù)數(shù) 碼碼 進(jìn)位關(guān)系進(jìn)位關(guān)系二進(jìn)制二進(jìn)制 2 02 0、1 1 逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一八進(jìn)制八進(jìn)制 8 08 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7 逢八進(jìn)一逢八進(jìn)一十進(jìn)制十進(jìn)制 10 010 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、

14、6 6、7 7、8 8、9 9 逢十進(jìn)一逢十進(jìn)一十六進(jìn)制十六進(jìn)制 16 016 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9 A A、B B、C C、D D、E E、F F 逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一(3) (3) 計數(shù)制的書寫規(guī)則計數(shù)制的書寫規(guī)則 在數(shù)字后面加寫相應(yīng)的英文字母作為標(biāo)識。在數(shù)字后面加寫相應(yīng)的英文字母作為標(biāo)識。 如：二進(jìn)制數(shù)的如：二進(jìn)制數(shù)的100100可寫成可寫成100B100B 十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)100100可寫成可寫成100H100H 在括號外面加數(shù)字下標(biāo)。在括號外面加數(shù)字下標(biāo)。 如：（如：（10111011）2 2 表示二進(jìn)制數(shù)的表示二進(jìn)制數(shù)的10

15、111011 （2DF22DF2）1616 表示十六進(jìn)制數(shù)的表示十六進(jìn)制數(shù)的2DF2 2DF2 2. 2. 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 1.1.十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù) 采用基數(shù)采用基數(shù)2 2連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于“0”0”為止，為止，然后逆序排列余數(shù)。然后逆序排列余數(shù)。 2.2.十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制小數(shù) 連續(xù)用基數(shù)連續(xù)用基數(shù)2 2去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于于“0”0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。 3

16、.3.十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制整數(shù)或十六進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制整數(shù)或十六進(jìn)制整數(shù) 采用基數(shù)采用基數(shù)8 8或基數(shù)或基數(shù)1616連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于“0”0”為止，然后逆序排列所得到的余數(shù)。為止，然后逆序排列所得到的余數(shù)。 4.4.十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制小數(shù)或十六進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制小數(shù)或十六進(jìn)制小數(shù) 連續(xù)用基數(shù)連續(xù)用基數(shù)8 8或基數(shù)或基數(shù)1616去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于數(shù)部分等于“0”0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。 5. 5.二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)

17、換為十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 用其各位所對應(yīng)的系數(shù)，按用其各位所對應(yīng)的系數(shù)，按“位權(quán)展開求和位權(quán)展開求和”的方法就可的方法就可以得到。其基數(shù)分別為以得到。其基數(shù)分別為2 2、8 8、1616。 6.6.二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù) 從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每3 3位二進(jìn)制數(shù)分成位二進(jìn)制數(shù)分成1 1組，組，不足不足3 3位數(shù)的補(bǔ)位數(shù)的補(bǔ)0 0，然后將每組用，然后將每組用1 1位八進(jìn)制數(shù)表示即可。位八進(jìn)制數(shù)表示即可。 7.7.八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 將每位八進(jìn)制數(shù)用將每位八進(jìn)制數(shù)用3 3位二進(jìn)制數(shù)表示即可。

18、位二進(jìn)制數(shù)表示即可。 8.8.二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù) 從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每4 4位二進(jìn)制數(shù)分成位二進(jìn)制數(shù)分成1 1組，組，不足不足4 4位的補(bǔ)位的補(bǔ)0 0，然后將每組用一位十六進(jìn)制數(shù)表示即可。，然后將每組用一位十六進(jìn)制數(shù)表示即可。 9.9.十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 將每位十六進(jìn)制數(shù)用將每位十六進(jìn)制數(shù)用4 4位二進(jìn)制數(shù)表示即可。位二進(jìn)制數(shù)表示即可。 【例】將十進(jìn)制整數(shù)（【例】將十進(jìn)制整數(shù)（105105）1010轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)，采用，采用“除除2 2倒取余倒取余”的方法，過程如下：的方法，過程如下：2 2 105 105 2 2 52 52 余數(shù)為余數(shù)為1 1 2 2 26 26 余數(shù)為余數(shù)為0 0 2 2 13 13 余數(shù)為余數(shù)為0 0 2 2 6 6 余數(shù)為余數(shù)為1 1 2 2 3 3 余數(shù)為余數(shù)為0 0 2 2 1 1 余數(shù)為余數(shù)為1 1 0 0 余數(shù)為余數(shù)為1 1 所以，（所以，（105105）1010（11010011101001）2 2【例】將十進(jìn)制小數(shù)（【例】將十進(jìn)制小數(shù)（0.81250.8125）1010轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)